KR20220011771A - Uv light emitting device, light emitting device package and lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
실시 예는 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치에 관한 것이다.The embodiment relates to an ultraviolet light emitting device, a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
발광소자(Light Emitting Device)는 전기에너지가 빛 에너지로 변환되는 특성의 p-n 접합 다이오드를 주기율표상에서 3족-5족 원소 또는 2족-6족 원소가 화합되어 생성될 수 있고, 화합물 반도체의 조성비를 조절함으로써 다양한 색상구현이 가능하다.A light emitting device (Light Emitting Device) can be produced by combining a pn junction diode with a characteristic in which electric energy is converted into light energy, a group 3-5 element or a group 2-6 element on the periodic table, and the composition ratio of the compound semiconductor is Various colors can be realized by adjusting.
질화물 반도체는 높은 열적 안정성과 폭 넓은 밴드갭 에너지에 의해 광소자 및 고출력 전자소자 개발 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 특히, 질화물 반도체를 이용한 자외선(UV) 발광소자, 청색(Blue) 발광소자, 녹색(Green) 발광소자, 적색(RED) 발광소자 등은 상용화되어 널리 사용되고 있다.Nitride semiconductors are receiving great attention in the field of developing optical devices and high-power electronic devices due to their high thermal stability and wide bandgap energy. In particular, ultraviolet (UV) light-emitting devices, blue light-emitting devices, green light-emitting devices, and red light-emitting devices using nitride semiconductors have been commercialized and widely used.
상기 자외선 발광소자(UV LED)는 200nm~400nm 파장대의 빛을 발광하는 발광소자이다. 상기 자외선 발광소자는 용도에 따라 단파장 및 장파장으로 구성된다. 상기 단파장은 살균 또는 정화 등에 사용되고, 장파장은 노광기 또는 경화기 등에 사용될 수 있다.The ultraviolet light emitting device (UV LED) is a light emitting device that emits light in a wavelength range of 200 nm to 400 nm. The ultraviolet light emitting device is composed of a short wavelength and a long wavelength depending on the use. The short wavelength may be used for sterilization or purification, and the long wavelength may be used for an exposure machine or a curing machine.
한편, 자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해, 광 취득 효율 및 광 출력이 떨어진다는 문제가 있다. 이는 자외선 발광소자의 실용화에 장벽으로 작용하고 있다.On the other hand, the ultraviolet light emitting device has a problem in that light acquisition efficiency and light output are inferior compared to the blue light emitting device. This is acting as a barrier to the practical use of the ultraviolet light emitting device.
예컨대 자외선 발광소자에 사용되는 Ⅲ족 질화물은 가시광선에서 자외선까지 광범위하게 활용될 수 있으나, 가시광선 대비 자외선의 효율이 떨어지는 문제가 있다. 그 이유는 자외선의 파장으로 갈수록 Ⅲ족 질화물이 자외선을 흡수한다는 것과, 낮은 결정성에 의한 내부 양자효율의 저하가 원인이다.For example, a group III nitride used in an ultraviolet light emitting device can be widely used from visible light to ultraviolet light, but there is a problem in that the efficiency of ultraviolet light compared to visible light is lowered. The reason is that group III nitride absorbs ultraviolet rays as the wavelength of ultraviolet rays increases, and the internal quantum efficiency decreases due to low crystallinity.
자외선 발광장치는 In 조성이 낮으므로 양자우물(Quantum Well)에서 Blue LED 대비 In 국부 효과(Localization effect)를 보기 어렵다. 따라서 종래기술에서는 하부층에서 올라오는 확산전위(Threading dislocation)의 제어 및 결정성이 칩의 광도에 영향을 미친다.Since the UV light emitting device has a low In composition, it is difficult to see the In localization effect in a quantum well compared to a blue LED. Therefore, in the prior art, the control and crystallinity of the threading dislocation rising from the lower layer affects the luminosity of the chip.
실시 예는 결정 품질 향상에 따라 광도가 향상된 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.The embodiment may provide an ultraviolet light emitting device with improved luminosity according to the improvement of crystal quality, a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
또한, 실시 예는 결함을 개선하여 광도가 향상된 자외선 발광소자, 자외선 발광소자의 제조방법, 발광소자 패키지 및 조명장치를 제공할 수 있다.In addition, the embodiment may provide an ultraviolet light emitting device with improved luminosity by improving defects, a method for manufacturing an ultraviolet light emitting device, a light emitting device package, and a lighting device.
실시예에 따른 자외선 발광 소자는 기판; 상기 기판 상에 적어도 일부에 상부면 및 측면을 갖는 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층; 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층; 상기 제1 언도프트 GaN층과 상기 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제1 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 Al 농도는 상기 제2 영역의 Al 농도보다 클 수 있다.An ultraviolet light emitting device according to an embodiment includes a substrate; a first undoped GaN layer comprising a V-pit having a top surface and a side surface on at least a portion of the substrate; a first nitride layer disposed on the V-pit of the first undoped GaN layer; a first undoped AlGaN-based semiconductor layer disposed on the first undoped GaN layer and the first nitride layer; and a second undoped GaN layer positioned on the first undoped AlGaN-based semiconductor layer, wherein the first undoped AlGaN-based semiconductor layer includes a first region positioned on an upper surface of the first undoped GaN layer; and a second region positioned on the V-pit of the first undoped GaN layer, wherein an Al concentration of the first region may be greater than an Al concentration of the second region.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 AlxGa1-xN (0.4≤Alx≤0.8)의 Al조성을 가질 수 있다.The first undoped AlGaN-based semiconductor layer may have an Al composition of AlxGa1-xN (0.4≤Alx≤0.8).
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층의 두께는 5nm 내지 15nm일 수 있다.The thickness of the first undoped AlGaN-based semiconductor layer may be 5 nm to 15 nm.
상기 제2 언도프트 GaN층의 두께는 800nm 내지 1500nm일 수 있다.The thickness of the second undoped GaN layer may be 800 nm to 1500 nm.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 및 상기 제2 언도프트 GaN층 중 적어도 두 쌍은 상기 제1 질화물층 상에 배치될 수 있다.At least two pairs of the first undoped AlGaN-based semiconductor layer and the second undoped GaN layer may be disposed on the first nitride layer.
상기 제1 질화물층의 상면의 위치는 상기 제1 언도프트 GaN 층의 상면의 위치보다 낮을 수 있다.The position of the upper surface of the first nitride layer may be lower than the position of the upper surface of the first undoped GaN layer.
상기 제2 언도프트 GaN층은 평평한 상부면과 V핏을 포함하고, 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제2 질화물층; 상기 제2 언도프트 GaN층과 상기 제2 질화물층 상에 배치된 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제3 언도프트 GaN층을 포함하고, 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제2 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제3 영역 및 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제4 영역을 포함하고, 상기 제3 영역의 Al 농도는 상기 제4 영역의 Al 농도보다 클 수 있다.the second undoped GaN layer includes a flat top surface and a V pit, and a second nitride layer disposed on the V pit of the second undoped GaN layer; a second undoped AlGaN-based semiconductor layer disposed on the second undoped GaN layer and the second nitride layer; and a third undoped GaN layer positioned on the second undoped AlGaN-based semiconductor layer, wherein the second undoped AlGaN-based semiconductor layer includes a third region positioned on an upper surface of the second undoped GaN layer; A fourth region positioned on the V-pit of the second undoped GaN layer may be included, and the Al concentration of the third region may be greater than the Al concentration of the fourth region.
상기 제1 질화물층은 실리콘계 물질을 포함할 수 있다.The first nitride layer may include a silicon-based material.
실시예에 따른 발광소자 패키지는 상기 외선 발광소자를 포함할 수 있다.The light emitting device package according to the embodiment may include the external light emitting device.
실시 예는 발광구조물의 결정품질 향상시킴으로써, 자외선 발광소자의 광도를 향상시킬 수 있다.The embodiment can improve the luminous intensity of the ultraviolet light emitting device by improving the crystal quality of the light emitting structure.
또한 실시 예는 발광구조물의 결함을 개선함으로써, 자외선 발광소자의 광도를 향상시킬 수 있다.In addition, the embodiment can improve the luminous intensity of the ultraviolet light emitting device by improving the defects of the light emitting structure.
도 1은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 포함된 자외선 발광소자의 결함정도를 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 8은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는 비교예와 실험예의 TD Density 비교 사진이다.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the degree of defects of the ultraviolet light emitting device including the undoped AlGaN-based semiconductor layer of FIG. 1 .
3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an ultraviolet light emitting device according to an exemplary embodiment.
8 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to another embodiment.
9A and 9B are TD Density comparison photographs of Comparative Examples and Experimental Examples.
10 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device package according to an embodiment.
실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In the description of embodiments, each layer (film), region, pattern or structure is “on/over” or “under” the substrate, each layer (film), region, pad or pattern. In the case of being described as being formed on, “on/over” and “under” include both “directly” or “indirectly” formed through another layer. do. In addition, the reference for the upper / upper or lower of each layer will be described with reference to the drawings.
도 1은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 포함된 자외선 발광소자의 결함정도를 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to an embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a defect degree of the ultraviolet light emitting device including the undoped AlGaN-based semiconductor layer of FIG. 1 .
도 1 및 도 2에 도시된 바와같이, 자외선 발광소자(100)는 제1 언도프트 GaN층(106a), 질화물층(107), 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b)을 포함할 수 있다.1 and 2, the ultraviolet
상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 기판(105) 상에 위치할 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 하나 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 2 이상의 복수의 층일 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 제어하여 다수의 V핏(V)을 가질 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 조절하여 Ga의 이동도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라 러프니스(Roughness)를 포함하는 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)을 형성할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 일부가 측면 또는 상부면을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 측면들은 다수의 V핏(V)을 포함하여 형성할 수 있다. 상기 러프니스는 규칙적 또는 불규칙적으로 형성될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The first undoped GaN
상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)의 하단지점에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질화물층(107)은 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)에 형성되어 V핏(V)의 하단지점에서 발생하는 결함을 개선할 수 있다. 예컨대 상기 질화물층(107)은 비정질 물질로 형성되어 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)의 하단에 형성되어 V핏(V)의 하단에서 발생하는 결함(dislocation)이 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩(bending)시킬 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)하단 이외에도 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.The
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107) 상에 위치할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 및 측면(V핏 측면)에서 성장될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 상에 위치한 제1 영역(108a) 및 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 상에 위치한 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도는 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩되므로 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.The undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 AlxGa1-xN(0.4≤x≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.4 미만일 경우, 상기 제1 영역(108a)의 결함 차단(Dislocation Blocking)이 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.8 초과일 경우, 상기 제2 영역(108b)의 결함 벤딩(Dislocation Bending) 효과가 저하될 수 있다. The undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제1 영역(108a)의 결함 차단이 저하될 수 있고, 상기 제2 영역(108b)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성(High Composition)에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.The thickness of the undoped AlGaN-based
상기 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다.The second
실시 예의 자외선 발광소자(100)는 발광구조물(110)을 포함할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 상에 위치할 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)과 직접 접촉할 수 있다.The ultraviolet
상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.The
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 AlnGa1-nN (0≤n≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first conductivity-type AlGaN-based
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.The
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(114)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.The
상기 활성층(114)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(114)는 예로서 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물과 양자벽이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물과 양자벽은 각각 InxAlyGa1-x-y(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 AlpGa1-pN (0≤p≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.The second conductivity-type AlGaN-based
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 n형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 p형 반도체층으로 설명하고 있지만, 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 n형 반도체층으로 형성할 수도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 위에는 상기 제2 도전형과 반대의 극성을 갖는 반도체 예컨대 n형 반도체층(미도시)을 형성할 수 있다. 이에 따라 발광구조물(110)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.Although the first conductivity-type AlGaN-based
실시 예의 발광구조물(110)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 및 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)으로 설명하고 있지만, 제1 도전형 GaN 계열 반도체층 및 제2 도전형 GaN 계열 반도체층으로 형성할 수 도 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Although the
실시 예의 자외선 발광소자(100)는 투광성 전극층(120), 제1 및 제2 전극(151, 153)을 포함할 수 있다.The ultraviolet
상기 투광성 전극층(120)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 위치할 수 있다. 상기 투광성 전극층(120)은 오믹층(미도시)을 포함할 수 있다. The light-transmitting
상기 제1 전극(151)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 상에 위치할 수 있다.The
상기 제2 전극(153)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 위치할 수 있다.The
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)과 상기 투광성 전극층(120)상에는 러프니스와 같은 광 추출 패턴이 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.A light extraction pattern such as roughness may be formed on the second conductivity-type AlGaN-based
일 실시 예의 자외선 발광소자(100)는 상기 질화물층(107) 위에 접촉되어 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 상에 형성된 상기 언도프트 AlGaN 반도체층(108)에 의해 상기 발광구조물(110)의 아래에 위치한 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 결정성을 향상시키고, 결함을 개선할 수 있다.The ultraviolet
도 2를 참조하면, 일 실시 예의 자외선 발광소자(100)는 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면에 위치한 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 제1 영역(108a)과, 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)에 위치한 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도가 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)가 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩하게 되어 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)로 전파되는 것을 줄일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the ultraviolet
일 실시예에 따른 자외선 발광소자(100)는 수평형으로 한정하지 않고, 수직형 자외선 발광소자에도 적용될 수 있다.The UV
도 3 내지 도 7은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 제조방법을 도시한 단면도이다.3 to 7 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an ultraviolet light emitting device according to an exemplary embodiment.
도 3을 참조하면, 제1 언도프트 GaN층(106a)은 기판(105) 상에 형성될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the first
상기 기판(105)은 열전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판일수 있다. 예컨대 상기 기판(105)은 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, GaP, InP, Ge, and Ga203 중 적어도 하나를 사용할 수 있다. 상기 기판(105) 상에는 요철 구조가 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.The
상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 하나 이상일 수 있다. 즉, 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 2 이상의 복수의 층일 수 있다. 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 제어하여 다수의 V핏(V)을 포함할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 성장온도 또는 성장압력 등을 조절하여 Ga의 이동도를 저하시킬 수 있고, 이에 따라 러프니스를 포함하는 제1 언도프트 GaN층(106a)을 형성할 수 있다. 예컨대 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)은 적어도 일부가 측면과 상부면을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 측면들은 다수의 V핏(V)을 포함하여 형성할 수 있다. 예컨대 상기 러프니스는 규칙적 또는 불규칙적으로 형성할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.The first
도 4를 참조하면, 질화물층(107)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 상에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 질화물층(107)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 질화물층(107)은 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 내에 배치되어 V핏(V)의 하단에서 발생하는 결함을 차단할 수 있다. 예컨대 상기 질화물층(107)은 비정질 물질로 형성되어 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V)의 하단에 형성되어 V핏의 하단에서 발생하는 결함이 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩시킬 수 있다. 상기 질화물층(107)은 상기 V핏(V)하단 이외에도 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.Referring to FIG. 4 , a
도 5를 참조하면, 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a) 및 상기 질화물층(107) 상에 위치할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 및 V핏(V)의 측면에서 성장될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 상부면 상에 위치한 제1 영역(108a) 및 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 상에 위치한 제2 영역(108b)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , an undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 성장속도는 제1 영역(108a)이 제2 영역(108b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 농도는 상기 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제2 영역(108b)보다 제1 영역(108a)이 크므로 제1 영역(108a)의 AlGaN의 결합에너지가 제2 영역(108b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V)의 하단에서 전파되는 결함이 제1 영역(108a)보다 제2 영역(108b)으로 벤딩되므로 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.The growth rate of the undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 제1 언도프트 GaN층(106a)의 V핏(V) 측면 상에서 상기 질화물층(107) 상부면으로 매워질 수 있다. 따라서, 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 상기 질화물층(107)을 덮을 수 있다.The undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)은 AlxGa1-xN(0.4≤x≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.4 미만일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 Al 조성(x)이 0.8 초과일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다. The undoped AlGaN-based
상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있고, 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성(High Composition)에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.The thickness of the undoped AlGaN-based
도 6을 참조하면, 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 상에 성장될 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)은 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)의 상부면 및 측면상에 형성될 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a second
도 7을 참조하면, 발광구조물(110)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 상에 형성될 수 있다. 상기 발광구조물(110)은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112), 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있고, 제1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)은 AlnGa1-nN (0≤n≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)이 n형 반도체층인 경우, n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The first conductivity-type AlGaN-based
상기 활성층(114)은 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well), 양자 선(Quantum-Wire) 구조, 또는 양자 점(Quantum Dot) 구조 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.The
상기 활성층(114)은 상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)와 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 서로 만나서, 상기 활성층(114)의 형성 물질에 따른 에너지 밴드(Energy Band)의 밴드갭(Band Gap) 차이에 의해서 빛을 방출하는 층이다.The
상기 활성층(114)는 화합물 반도체로 구성될 수 있다. 상기 활성층(114)는 예로서 Ⅱ족-Ⅳ족 및 Ⅲ족-Ⅴ족 화합물 반도체 중에서 적어도 하나로 구현될 수 있다.The
상기 활성층(114)은 양자우물과 양자벽을 포함할 수 있다. 상기 활성층(114)이 다중 양자 우물 구조로 구현된 경우, 양자우물과 양자벽이 교대로 배치될 수 있다. 상기 양자우물과 양자벽은 각각 InxAlyGa1-x-y(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료로 배치될 수 있거나, AlGaN/GaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/GaN, InGaN/InGaN, InAlGaN/GaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/AlGaAs, GaP/AlGaP, InGaP AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 반도체 화합물, 예컨대 3족-5족, 2족-6족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다. 예컨대 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)은 AlpGa1-pN (0≤p≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있다.The second conductivity-type AlGaN-based
상기 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112)을 p형 반도체층, 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)을 n형 반도체층으로 형성할 수도 있으며 이에 한정하지 않는다.The first conductivity-type AlGaN-based
실시 예의 자외선 발광소자는 상기 발광구조물(110) 상에 형성된 투광성 전극층(120), 제1 및 제2 전극(151, 154)을 포함할 수 있다.The ultraviolet light emitting device of the embodiment may include a light-transmitting
상기 투광성 전극층(120)은 상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116) 상에 형성될 수 있다. 상기 투광성 전극층(120)은 오믹층(미도시)을 포함할 수 있으며, 정공주입을 효율적으로 할 수 있도록 단일 금속 혹은 금속합금, 금속산화물 등을 다중으로 적층하여 형성할 수 있다.The light-transmitting
예컨대 상기 투광성 전극층(120)은 반도체와 전기적인 접촉인 우수한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광성 전극층(120)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide), IZTO(indium zinc tin oxide), IAZO(indium aluminum zinc oxide), IGZO(indium gallium zinc oxide), IGTO(indium gallium tin oxide), AZO(aluminum zinc oxide), ATO(antimony tin oxide), GZO(gallium zinc oxide), IZON(IZO Nitride), AGZO(Al-Ga ZnO), IGZO(In-Ga ZnO), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, RuOx/ITO, Ni/IrOx/Au, 및 Ni/IrOx/Au/ITO, Ag, Ni, Cr, Ti, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하여 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.For example, the light-transmitting
상기 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)과 상기 투광성 전극층(120)상에는 광 추출 패턴이 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.A light extraction pattern may be formed on the second conductivity-type AlGaN-based
상기 제1 전극(151)은 활성층(114) 및 제2 도전형 AlGaN 계열 반도체층(116)으로부터 노출된 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층(112) 상에 형성될 수 있고, 상기 제2 전극(153)은 상기 투광성 전극층(120) 상에 형성될 수 있다.The
상기 제1 전극(151) 또는 제2 전극(153)은 티탄(Ti), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 중 적어도 어느 하나로 단층 또는 다층으로 형성될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
도 8은 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 도시한 단면도이다.8 is a cross-sectional view illustrating an ultraviolet light emitting device according to another embodiment.
도 8에 도시된 바와 같이, 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 도 1의 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자의 기술적 특징을 채용할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the UV light emitting device according to another embodiment may employ the technical characteristics of the UV light emitting device according to the exemplary embodiment of FIG. 1 .
다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 제1 언도프트 GaN층(106a), 제1 질화물층(107a), 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b), 제2 질화물층(107b), 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 및 제3 언도프트 GaN층(106c)을 포함할 수 있다.An ultraviolet light emitting device according to another embodiment includes a first
V핏(V1)을 포함하는 상기 제1 언도프트 GaN층(106a), 제1 질화물층(107a), 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108), 제2 언도프트 GaN층(106b)은 일 실시 예에 따른 자외선 발광소자를 참조하여 상세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 제2 언도프트 GaN층(106b)은 V핏(V2)을 포함할 수 있다.The first
상기 제2 질화물층(107b)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V) 내에 위치할 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)의 하단에 형성될 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 SiNx(x>0)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제2 질화물층(107b)은 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)에 형성되어 V핏(V2)의 하단에서 발생하는 결함을 차단할 수 있다. 예컨대 상기 제2 질화물층(107b)은 비정질 물질로 형성되어 제2 언도프트 GaN층(106b)의 V핏(V2)의 하단에 형성되어 V핏(V2)의 하단에서 발생하는 결함이 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)으로 전파되는 것을 줄일 수 있고, 결함이 전파되는 경로를 벤딩시킬 수 있다. 상기 제2 질화물층(107b)은 상기 V핏(V2)하단 이외에도 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)에 형성되는 상부면 상에도 위치할 수 있으며 이에 한정하지 않는다.The
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 질화물층(107b) 상에 위치할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 질화물층(107b)과 직접 접촉될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 상부면 및 측면(V핏 측면)에서 성장될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 상기 제2 언도프트 GaN층(106b)의 상부면 상에 형성된 제3 영역(109a) 및 상기 제2 언도프트 GaN층(102b)의 V핏(V2) 상에 형성된 제4 영역(109b)을 포함할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 성장속도는 제3 영역(109a)이 제4 영역(109b)보다 느릴 수 있다. 이로 인해 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 농도는 상기 제4 영역(109b)보다 제3 영역(109a)이 상대적으로 클 수 있다. 즉, Al 농도가 제4 영역(109b)보다 제3 영역(109a)이 크므로 제3 영역(109a)의 AlGaN의 결합에너지가 제4 영역(109b)보다 크게 되고, 이로 인해 V핏(V2)의 하단에서 전파되는 결함이 제3 영역(109a)보다 제4 영역(109b)으로 벤딩되므로 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)으로 전파되는 결함을 줄일 수 있다.The second undoped AlGaN-based
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)은 AlyGa1-yN(0.4≤y≤0.8)의 조성식을 갖는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 조성(y)이 0.4 미만일 경우, 상기 제3 영역(109a)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 Al 조성(y)이 0.8 초과일 경우, 상기 제4 영역(109b)의 결함 벤딩 효과가 저하될 수 있다. The second undoped AlGaN-based
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께는 50㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께는 5㎚ 내지 15㎚일 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께가 5㎚ 미만일 경우, 상기 제3 영역(109a)의 결함 차단 효과가 저하될 수 있고, 상기 제4 영역(109b)의 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다. 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)의 두께가 15㎚ 초과일 경우, 높은 조성에 의해 격자상수 차이로 결정성이 저하될 수 있다.The thickness of the second undoped AlGaN-based
상기 제3 언도프트 GaN층(106c)은 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 상에 위치할 수 있다. 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께는 800㎚ 이상일 수 있다. 예컨대 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께는 800㎚ 내지 1500㎚일 수 있다. 상기 제3 언도프트 GaN층(106c)의 두께가 800㎚ 미만일 경우, 결함 구부러짐 효과가 저하될 수 있다.The third
다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 상기 제2 언도프트 GaN층(106b) 및 제2 질화물층(107b) 상에 상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)이 위치하여 결정성을 더 향상시키고, 상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)을 통과한 결함을 개선시킬 수 있다.In the ultraviolet light emitting device according to another embodiment, the second undoped AlGaN-based
*다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108)이 제1 질화물층(107a) 상에 위치하고, 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109)이 제2 질화물층(107b) 상에 위치한 구조를 한정하여 설명하고 있지만, 이에 한정하지 않고, 제1 질화물층(107a) 상에 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(108) 및 제2 언도프트 GaN층(106b)이 적어도 2쌍 이상 교번될 수 있고, 제2 질화물층(107b) 상에 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층(109) 및 제3 언도프트 GaN층(106c)이 적어도 2쌍 이상 교번될 수 있다.* In the ultraviolet light emitting device according to another embodiment, the first undoped AlGaN-based
(x=0.4, T:5㎚)Experimental Example 1
(x=0.4, T:5nm)
(x=0.4, T:10㎚)Experimental Example 2
(x=0.4, T:10nm)
(x=0.6, T:10㎚)Experimental Example 3
(x=0.6, T:10nm)
(center/edge)nAlGaN (002)
(center/edge)
(center/edge)nAlGaN (102)
(center/edge)
표1은 언도프트 GaN층 상에 언도프트 AlGaN 계열 반도체층이 형성되지 않은 비교예와, 언도프트 GaN층 상에 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하는 도 8의 다른 실시 예에 따른 자외선 발광소자가 적용된 실험예1 내지 실험예3의결정성 및 TDD(Threading dislocation Density)를 비교한 데이터이다. 여기서, 상기 결정성은 웨이퍼의 중심(center) 영역과 가장자리(edge) 영역을 비교할 수 있다. 또한, XRD 측정은 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층의 002면 및 102면을 측정한 데이터이다.실험예1은 0.4의 Al 조성(x) 및 5㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하고, 실험예2는 0.4의 Al 조성(x) 및 10㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함하고, 실험예3은 0.6의 Al 조성(x) 및 10㎚의 두께를 갖는 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 포함한다.Table 1 shows a comparative example in which an undoped AlGaN-based semiconductor layer is not formed on an undoped GaN layer, and another embodiment of FIG. 8 including first and second undoped AlGaN-based semiconductor layers on an undoped GaN layer. It is data comparing the crystallinity and threading dislocation density (TDD) of Experimental Examples 1 to 3 to which the UV light emitting device is applied. Here, the crystallinity may be compared with a center region and an edge region of the wafer. In addition, XRD measurement is data obtained by measuring surfaces 002 and 102 of the AlGaN-based semiconductor layer of the first conductivity type. Experimental Example 1 is an Al composition (x) of 0.4 and first and second undoped surfaces having a thickness of 5 nm. Including an AlGaN-based semiconductor layer, Experimental Example 2 includes first and second undoped AlGaN-based semiconductor layers having an Al composition (x) of 0.4 and a thickness of 10 nm, and Experimental Example 3 includes an Al composition (x) of 0.6 ( x) and first and second undoped AlGaN-based semiconductor layers having a thickness of 10 nm.
실험예1 내지 3은 비교예보다 XRD FWHM이 낮아지므로 결정성이 향상됨을 알 수 있다. It can be seen that in Experimental Examples 1 to 3, the XRD FWHM is lower than that of Comparative Examples, and thus the crystallinity is improved.
도 9a 및 도 9b는 비교예와 실험예의 TD Density 비교 사진이다.9A and 9B are TD Density comparison photographs of Comparative Examples and Experimental Examples.
자외선 발광소자는 청색 발광소자에 비해 발광구조물의 인듐(In) 조성이 낮아 In 구속 효과를 보기 어렵다. 자외선 발광소자는 발광구조물의 하부층의 TD(Threading dislocation) 주변에서 비발광 재결합(Non-radiative Recombination)에 의한 광도 저하를 야기한다. 따라서, 자외선 발광소자는 발광구조물 및 상기 발광구조물의 하부층의 TD 제어 및 결정성이 Chip 광도에 큰 영향을 미칠 수 있다.The ultraviolet light emitting device has a lower indium (In) composition of the light emitting structure than the blue light emitting device, so it is difficult to see the In constraint effect. The ultraviolet light emitting device causes a decrease in luminous intensity due to non-radiative recombination around a threading dislocation (TD) of a lower layer of the light emitting structure. Therefore, in the ultraviolet light emitting device, the TD control and crystallinity of the light emitting structure and the lower layer of the light emitting structure may have a great effect on the luminance of the chip.
도 9a는 언도프트 GaN층 상에 언도프트 AlGaN 반도체층이 형성되지 않고 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층이 형성된 비교예의 TD를 나타내고, 도 9b는 언도프트 GaN층 상에 제1 및 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 형성한 후 제1 도전형 AlGaN 계열 반도체층이 형성된 실험예의 TD를 나타낸다. 실시 예는 상기 언도프트 AlGaN 계열 반도체층에 의해 결함이 벤딩되어 TD를 현저히 줄일 수 있다. 따라서, 실시 예의 자외선 발광소자는 인듐(In) 조성이 낮아 TD에서 비발광 재결합(Non-radiative Recombination)을 줄일 수 있다.9A shows a TD of a comparative example in which an undoped AlGaN semiconductor layer is not formed on an undoped GaN layer but a first conductivity type AlGaN-based semiconductor layer is formed, and FIG. 9B is a first and second undoped AlGaN layer on the undoped GaN layer. The TD of an experimental example in which the first conductivity type AlGaN-based semiconductor layer is formed after the AlGaN-based semiconductor layer is formed is shown. In the embodiment, defects are bent by the undoped AlGaN-based semiconductor layer, so that TD can be significantly reduced. Accordingly, since the ultraviolet light emitting device of the embodiment has a low indium (In) composition, non-radiative recombination in TD can be reduced.
따라서, 실시 예는 질화물층 상에 언도프트 AlGaN 계열 반도체층을 형성하여 TD를 줄이고, 결정성을 개선하여 비교예보다 Chip 광도를 향상시킬 수 있다.Therefore, in the embodiment, an undoped AlGaN-based semiconductor layer is formed on the nitride layer to reduce TD and improve crystallinity to improve chip luminosity compared to the comparative example.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 복수개가 어레이된 구조일 수 있고, 발광소자 패키지에 포함될 수 있다. 실시 예에 따른 자외선 발광소자는 파장에 따라 경화, 살균, 특수조명 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.The ultraviolet light emitting device according to the embodiment may have a structure in which a plurality of them are arrayed, and may be included in a light emitting device package. The ultraviolet light emitting device according to the embodiment may be used in various fields such as curing, sterilization, and special lighting depending on the wavelength.
실시 예에 따른 자외선 발광소자는 백라이트 유닛, 조명장치, 디스플레이 장치, 차량용 표시장치, 스마트 유닛 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The ultraviolet light emitting device according to the embodiment may be applied to a backlight unit, a lighting device, a display device, a vehicle display device, a smart unit, and the like, but is not limited thereto.
도 10은 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 도시한 단면도이다.10 is a cross-sectional view illustrating a light emitting device package according to an embodiment.
실시 예에 따른 발광 소자 패키지(200)는 패키지 몸체부(205)와, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치된 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과, 상기 패키지 몸체부(205)에 설치되어 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)과 전기적으로 연결되는 자외선 발광소자(100)와, 상기 자외선 발광소자(100)를 포위하는 몰딩부재(230)가 포함된다.The light emitting
상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 서로 전기적으로 분리되며, 상기 자외선 발광소자(100)에 전원을 제공하는 역할을 한다. 또한, 상기 제1 리드전극(213) 및 제2 리드전극(214)은 상기 자외선 발광소자(100)에서 발광된 빛을 반사시켜 광 효율을 증가시키는 기능을 포함할 수 있으며, 상기 자외선 발광소자(100)에서 발생된 열을 외부로 배출시키는 기능을 포함 수도 있다.The first
상기 자외선 발광소자(100)는 상기 제1 리드전극(213) 또는 제2 리드전극(214)과 와이어 방식, 플립칩 방식 또는 다이 본딩 방식 중 어느 하나에 의해 전기적으로 연결될 수도 있다. The ultraviolet
상기 자외선 발광소자(100)는 일 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 다른 실시예에 따른 자외선 발광소자일 수도 있다.The ultraviolet
상기 몰딩부재(230)에는 형광체(232)가 포함되어 백색광의 발광소자 패키지가 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The
상기 몰딩부재(230)의 상면은 평평하거나 오목 또는 볼록하게 형성될 수 있으며 이에 한정하지 않는다.The upper surface of the
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. described in the above embodiments are included in at least one embodiment, and are not necessarily limited to only one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the embodiments.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the embodiment has been mainly described, but this is only an example and does not limit the embodiment, and those of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs are provided with several examples not illustrated above within the range that does not deviate from the essential characteristics of the embodiment. It can be seen that variations and applications of branches are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be implemented by modification. And differences related to such modifications and applications should be construed as being included in the scope of the embodiments set forth in the appended claims.
105: 기판
106a: 제1 언도프트 GaN층
107: 질화물층
108: 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106b: 제2 언도프트 GaN층
109: 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층
106c: 제3 언도프트 GaN층105:
107: nitride layer 108: first undoped AlGaN-based semiconductor layer
106b: second undoped GaN layer 109: second undoped AlGaN-based semiconductor layer
106c: third undoped GaN layer
Claims (9)
상기 기판 상에 적어도 일부에 상부면 및 측면을 갖는 V핏을 포함하는 제1 언도프트 GaN층;
상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제1 질화물층;
상기 제1 언도프트 GaN층과 상기 제1 질화물층 상에 배치된 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제2 언도프트 GaN층을 포함하고,
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제1 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제1 영역 및 상기 제1 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제2 영역을 포함하고,
상기 제1 영역의 Al 농도는 상기 제2 영역의 Al 농도보다 큰 자외선 발광소자.
Board;
a first undoped GaN layer comprising a V-pit having a top surface and a side surface on at least a portion of the substrate;
a first nitride layer disposed on the V-pit of the first undoped GaN layer;
a first undoped AlGaN-based semiconductor layer disposed on the first undoped GaN layer and the first nitride layer; and
a second undoped GaN layer positioned on the first undoped AlGaN-based semiconductor layer;
The first undoped AlGaN-based semiconductor layer includes a first region positioned on an upper surface of the first undoped GaN layer and a second region positioned on a V-pit of the first undoped GaN layer;
The Al concentration of the first region is greater than the Al concentration of the second region UV light emitting device.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 AlxGa1-xN (0.4x≤0.8)의 Al조성을 갖는 자외선 발광소자.
According to claim 1,
The first undoped AlGaN-based semiconductor layer is AlxGa1-xN (0.4 An ultraviolet light emitting device having an Al composition of x≤0.8).
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층의 두께는 5nm 내지 15nm인 자외선 발광소자.
According to claim 1,
The first undoped AlGaN-based semiconductor layer has a thickness of 5 nm to 15 nm.
상기 제2 언도프트 GaN층의 두께는 800nm 내지 1500nm인 자외선 발광소자.
According to claim 1,
The second undoped GaN layer has a thickness of 800 nm to 1500 nm.
상기 제1 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 및 상기 제2 언도프트 GaN층 중 적어도 두 쌍은 상기 제1 질화물층 상에 배치되는 자외선 발광소자.
According to claim 1,
At least two pairs of the first undoped AlGaN-based semiconductor layer and the second undoped GaN layer are disposed on the first nitride layer.
상기 제1 질화물층의 상면의 위치는 상기 제1 언도프트 GaN 층의 상면의 위치보다 낮은 자외선 발광소자.
According to claim 1,
The position of the upper surface of the first nitride layer is lower than the position of the upper surface of the first undoped GaN layer.
상기 제2 언도프트 GaN층은 평평한 상부면과 V핏을 포함하고,
상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 배치된 제2 질화물층;
상기 제2 언도프트 GaN층과 상기 제2 질화물층 상에 배치된 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층; 및
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층 상에 위치한 제3 언도프트 GaN층을 포함하고,
상기 제2 언도프트 AlGaN 계열 반도체층은 상기 제2 언도프트 GaN층의 상부면 상에 위치한 제3 영역 및 상기 제2 언도프트 GaN층의 V핏 상에 위치한 제4 영역을 포함하고,
상기 제3 영역의 Al 농도는 상기 제4 영역의 Al 농도보다 큰 자외선 발광소자.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The second undoped GaN layer includes a flat top surface and a V-pit,
a second nitride layer disposed on the V-pit of the second undoped GaN layer;
a second undoped AlGaN-based semiconductor layer disposed on the second undoped GaN layer and the second nitride layer; and
a third undoped GaN layer positioned on the second undoped AlGaN-based semiconductor layer;
The second undoped AlGaN-based semiconductor layer includes a third region positioned on the upper surface of the second undoped GaN layer and a fourth region positioned on the V-pit of the second undoped GaN layer;
The Al concentration of the third region is greater than the Al concentration of the fourth region UV light emitting device.
상기 제1 질화물층은 실리콘계 물질을 포함하는 자외선 발광소자.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
The first nitride layer is an ultraviolet light emitting device including a silicon-based material.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020220005092A KR102461317B1 (en) | 2015-06-25 | 2022-01-13 | Uv light emitting device, light emitting device package and lighting device |
Applications Claiming Priority (2)
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